配電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的智能優(yōu)化探索

肖龍海，金 鋒，周浦江，錢(qián)國(guó)良，姜福濤

（1.嘉興平湖市供電局，浙江 平湖 314200；2.IBM中國(guó)研究院，上海 201203）

1 配電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃優(yōu)化研究的背景

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)全系統(tǒng)精益化管理要求的提高，供電企業(yè)配電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃在整個(gè)生產(chǎn)管理過(guò)程中的重要性越來(lái)越高。

配電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)的特點(diǎn)是“四多”：

（1）任務(wù)來(lái)源多，涉及多種類(lèi)型，包括基建工程、技改工程、大修工程、消缺、預(yù)試、用戶(hù)工程及配合上級(jí)的任務(wù)等。

（2）牽涉部門(mén)多，包括生技、營(yíng)銷(xiāo)、基建、調(diào)度所、變電工區(qū)、線路工區(qū)、施工部門(mén)等。

（3）約束條件多，包括保供電約束（時(shí)段保供電、重要和雙電源用戶(hù)保供電）、時(shí)間約束、人力和設(shè)備資源約束。

（4）不確定因素多，如天氣因素、上級(jí)配合和客戶(hù)工程等。

同時(shí)，隨著配網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜。

面對(duì)復(fù)雜電網(wǎng)，面對(duì)多任務(wù)、多部門(mén)、多約束條件和各種不確定因素，配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃制定過(guò)程越來(lái)越復(fù)雜。而傳統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃編制的自動(dòng)化程度低，依賴(lài)于人工溝通和協(xié)調(diào)，制定的計(jì)劃也難以保證多任務(wù)的有效結(jié)合、多部門(mén)的有效配合、人力和設(shè)備資源的充分利用，計(jì)劃執(zhí)行時(shí)往往要做反復(fù)調(diào)整，增加了安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，造成了設(shè)備的重復(fù)停電，難以滿足精益化管理的要求。因此，迫切需要采用自動(dòng)化的優(yōu)化模型與算法支持，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的優(yōu)化。

國(guó)內(nèi)外對(duì)電力系統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃優(yōu)化的研究主要集中在機(jī)組檢修，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的生產(chǎn)計(jì)劃研究相對(duì)較少，已有的配電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃優(yōu)化研究大多集中在理論方面，較少?gòu)膶?shí)際應(yīng)用角度出發(fā)[1-4]。有學(xué)者提出了在月檢修計(jì)劃安排中，以配電網(wǎng)檢修最經(jīng)濟(jì)為目標(biāo)，并用免疫算法與禁忌搜索相結(jié)合的優(yōu)化策略。還有學(xué)者根據(jù)供電系統(tǒng)檢修計(jì)劃由人工制定的特點(diǎn)，建立設(shè)備屬性，歸納適合檢修計(jì)劃制定的規(guī)則，以系統(tǒng)接線、調(diào)度規(guī)程和設(shè)備極限傳輸容量為約束，利用排序方法實(shí)現(xiàn)檢修計(jì)劃的自動(dòng)制定。

由此可見(jiàn)，目前國(guó)內(nèi)在電網(wǎng)生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化問(wèn)題的領(lǐng)域開(kāi)展了一些研究工作，但還屬于起步階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了供電企業(yè)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃管理的要求；國(guó)外在生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化方面的研究雖然已經(jīng)具有了一定的成果，但尚未涉及完整的生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化。另外，生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)必須有相應(yīng)的管理制度配合才能得到充分應(yīng)用，而絕大多數(shù)研究只從技術(shù)層面研究了生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化，這也是這些研究未得到實(shí)際應(yīng)用的重要原因之一。

2 配電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃管理面臨的問(wèn)題

由于配電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)存在“四多”的特點(diǎn)，且拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，使傳統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃管理存在諸多問(wèn)題。

（1）生產(chǎn)單位編制計(jì)劃時(shí)難以考慮周全，易錯(cuò)漏。生產(chǎn)單位（線路工區(qū)、變電工區(qū)、施工部門(mén)等）在編制計(jì)劃時(shí)，需要考慮的因素較多，如：同桿架設(shè)的另外一條線路是否需要陪停、是否導(dǎo)致雙電源用戶(hù)失電、是否與保供電要求沖突、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃是否超出了人力設(shè)備資源約束等等。編制者對(duì)這些因素并不完全掌握，需要大量的人工溝通，也容易造成錯(cuò)漏。

（2）多部門(mén)難以有序配合。配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)來(lái)源多、涉及部門(mén)多，一份可行的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃往往需要多部門(mén)有序配合，但計(jì)劃編制時(shí)配合工作的各方在計(jì)劃時(shí)間和內(nèi)容上容易出現(xiàn)不一致，很多協(xié)調(diào)工作要在協(xié)調(diào)會(huì)討論，溝通成本高。

（3）多任務(wù)難以有效結(jié)合。要減少停電時(shí)戶(hù)數(shù)、提高供電可靠性，除加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)外，另一個(gè)途徑就是盡量使相同停電范圍的停電工作盡可能安排在一起，即多任務(wù)（同一停電范圍）之間需要充分結(jié)合。傳統(tǒng)計(jì)劃編制結(jié)合工作主要依賴(lài)于管理人員的經(jīng)驗(yàn)判斷，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易疏漏。

（4）生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃剛性管理難。由于配網(wǎng)銜接著輸電網(wǎng)和用戶(hù)，供電企業(yè)對(duì)計(jì)劃的剛性管理有非常嚴(yán)格的要求，否則會(huì)增加電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)、降低客戶(hù)滿意度。由于前述問(wèn)題的存在，導(dǎo)致計(jì)劃執(zhí)行面臨反復(fù)和調(diào)整，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效和有序管理，剛性管理困難，安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)增加。

3 配電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的優(yōu)化途徑

針對(duì)傳統(tǒng)配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃管理所存在的問(wèn)題，探索借助計(jì)算機(jī)智能化和信息化技術(shù)建立生產(chǎn)計(jì)劃智能優(yōu)化系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)作業(yè)生產(chǎn)資源和約束條件由系統(tǒng)提醒，配合工作由系統(tǒng)傳遞，結(jié)合工作由系統(tǒng)分析等功能，從而提高計(jì)劃科學(xué)合理性和管理水平。

要實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃智能優(yōu)化，首先要實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)所涉及的過(guò)程元素（即配網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和生產(chǎn)資源）數(shù)字化、信息化。在目前部分供電企業(yè)已建設(shè)生產(chǎn)管理信息化平臺(tái)（SG186-XPMS）基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)建模，并采用優(yōu)化技術(shù)研究配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃智能優(yōu)化是完全可行的。

3.1 生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃智能優(yōu)化系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

為保證計(jì)劃管理理念和優(yōu)化技術(shù)得到有效的落實(shí)，嘉興平湖市供電局和IBM中國(guó)研究院共同研發(fā)建立了一套配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃智能優(yōu)化系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)智能優(yōu)化系統(tǒng)），將管理制度整合到系統(tǒng)流程里，將優(yōu)化技術(shù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)里的模塊。智能優(yōu)化系統(tǒng)與目前應(yīng)用的生產(chǎn)管理系統(tǒng)（XPMS系統(tǒng)）無(wú)縫集成，從中獲取配網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及設(shè)備和人力資源等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)對(duì)獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，對(duì)計(jì)劃進(jìn)行提醒、傳遞和優(yōu)化分析，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計(jì)劃的智能優(yōu)化。

智能優(yōu)化系統(tǒng)緊扣生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的編制、協(xié)調(diào)與平衡3個(gè)環(huán)節(jié)，建立了“部門(mén)優(yōu)化”、“協(xié)調(diào)優(yōu)化”、“全局優(yōu)化”3層優(yōu)化框架。系統(tǒng)具有以下3層核心功能：

（1）部門(mén)優(yōu)化：防錯(cuò)漏。進(jìn)行計(jì)劃編制時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)拓?fù)浞治?、約束優(yōu)化等技術(shù)，自動(dòng)分析計(jì)劃中的錯(cuò)漏問(wèn)題，如同桿并架的陪停線路是否遺漏，停電工作是否會(huì)導(dǎo)致雙電源用戶(hù)失電，停電工作是否與保供電任務(wù)沖突，生產(chǎn)作業(yè)是否違反了人力設(shè)備資源約束等，從而有效提高計(jì)劃編制的效率和質(zhì)量，避免錯(cuò)漏。

（2）協(xié)調(diào)優(yōu)化：理配合，促結(jié)合。進(jìn)行計(jì)劃編制時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)提醒相關(guān)單位的配合請(qǐng)求和配合計(jì)劃的確認(rèn)情況，自動(dòng)建立主計(jì)劃與配合計(jì)劃之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，方便多部門(mén)之間的配合工作計(jì)劃編制。通過(guò)拓?fù)浞治龅燃夹g(shù)，系統(tǒng)在計(jì)劃編制時(shí)自動(dòng)提醒可以結(jié)合的停電工作，從而有效減少停電時(shí)戶(hù)數(shù)，降低重復(fù)停役率。

（3）全局優(yōu)化∶解疑難。生產(chǎn)單位完成計(jì)劃編制后，計(jì)劃管理部門(mén)通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行全局優(yōu)化，查找遺漏問(wèn)題，從而使得生產(chǎn)計(jì)劃平衡會(huì)有針對(duì)性地解決疑難問(wèn)題，提高工作效率。

3.2 生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的管理優(yōu)化

為使智能優(yōu)化系統(tǒng)有效發(fā)揮作用，并進(jìn)一步加強(qiáng)計(jì)劃剛性，在管理層面也進(jìn)行了探索。在計(jì)劃編制和平衡時(shí)，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行年-月-周的層層分解，確保計(jì)劃有序及可行。在計(jì)劃執(zhí)行時(shí)，通過(guò)對(duì)計(jì)劃進(jìn)行周-月-年層層關(guān)聯(lián)，提高每層計(jì)劃的執(zhí)行力度和剛性。

首先，編制完整的年度計(jì)劃（包括基建技改計(jì)劃、大修計(jì)劃、預(yù)試計(jì)劃）。年度計(jì)劃充分考慮生產(chǎn)任務(wù)與基建任務(wù)的結(jié)合、生產(chǎn)單位施工力量和配網(wǎng)施工作業(yè)的季節(jié)特點(diǎn)，確保計(jì)劃切實(shí)可行。

其次，利用系統(tǒng)編制內(nèi)容詳實(shí)的月周計(jì)劃。月度計(jì)劃以年度計(jì)劃為基礎(chǔ)，明確本月的核心生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)，充分考慮多任務(wù)的結(jié)合、多部門(mén)的配合和作業(yè)約束條件，停電計(jì)劃細(xì)化到天，確保計(jì)劃的嚴(yán)肅性和可控性。

最后，利用系統(tǒng)對(duì)月度、雙周計(jì)劃執(zhí)行后的偏差情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和公布，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃的閉環(huán)管理。

4 生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃智能優(yōu)化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 智能優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了保證系統(tǒng)的先進(jìn)性和實(shí)用性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)用了一系列的關(guān)鍵技術(shù)，牢牢把握結(jié)合、配合兩大核心問(wèn)題，并且充分考慮現(xiàn)有的系統(tǒng)狀況。系統(tǒng)優(yōu)化層次見(jiàn)圖1所示。

智能優(yōu)化系統(tǒng)采用經(jīng)典的Browser/Server體系結(jié)構(gòu)，分Web端和服務(wù)器端兩大部分。

圖1 智能優(yōu)化系統(tǒng)三層優(yōu)化結(jié)構(gòu)示意圖

Web端主要使用 JavaScript、HTML和 Ajax等技術(shù)開(kāi)發(fā)。其中Ajax技術(shù)向服務(wù)器提交數(shù)據(jù)和接受服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)，然后再用JavaScript刷新前臺(tái)界面。

服務(wù)器端的程序是系統(tǒng)的主體，依次分為表現(xiàn)層、控制層、業(yè)務(wù)層、持久層和數(shù)據(jù)庫(kù)幾個(gè)層次。表現(xiàn)層負(fù)責(zé)處理用戶(hù)的交互與系統(tǒng)分析結(jié)果的展示，主要采用JSP技術(shù)?？刂茖硬捎肧truts框架，接受前端請(qǐng)求，調(diào)用業(yè)務(wù)層的Service Bean來(lái)處理，并將處理結(jié)果傳遞到表現(xiàn)層展現(xiàn)給用戶(hù)。業(yè)務(wù)層采用Spring框架，每個(gè)Service Bean可以在多個(gè)不同類(lèi)型的請(qǐng)求間共享。持久層采用Ibatis框架，可以在降低開(kāi)發(fā)工作量、提高代碼質(zhì)量的同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化SQL語(yǔ)句等方式保證持久層的性能。數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle 10.1。

4.2 智能優(yōu)化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

（1）兼顧先進(jìn)性和實(shí)用性的系統(tǒng)框架。考慮到生產(chǎn)計(jì)劃編制既分散又集中的特點(diǎn)，智能優(yōu)化系統(tǒng)借鑒計(jì)劃優(yōu)化領(lǐng)域先進(jìn)的分層優(yōu)化理念，在部門(mén)優(yōu)化、協(xié)調(diào)優(yōu)化、全局優(yōu)化3個(gè)層次上對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化；同時(shí)在技術(shù)上采用Struts+Spring+Ibatis的輕量級(jí)J2EE架構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。

（2）解決兩大關(guān)鍵問(wèn)題。智能優(yōu)化系統(tǒng)構(gòu)建結(jié)合智能分析、配合自動(dòng)提醒、結(jié)合/配合計(jì)劃關(guān)聯(lián)等功能，有效解決多部門(mén)配合和多任務(wù)結(jié)合這兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，提高計(jì)劃編制質(zhì)量和平衡效率，使得部門(mén)協(xié)同工作更為順暢。系統(tǒng)全面采用Ajax技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信量大大降低，頁(yè)面響應(yīng)迅速，系統(tǒng)界面交互更快捷。

（3）基于CIM模型，與已有系統(tǒng)無(wú)縫集成。智能優(yōu)化系統(tǒng)通過(guò)拓?fù)浞治黾夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)結(jié)合分析、保供電分析、雙電源分析等功能。在實(shí)現(xiàn)拓?fù)浞治鰰r(shí)，采用電力行業(yè)IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)中的公共信息模型（即CIM模型）進(jìn)行描述，可非常方便地進(jìn)行擴(kuò)展或與其他系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接。

5 結(jié)語(yǔ)

由嘉興平湖市供電局和IBM中國(guó)研究院共同研發(fā)的配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃智能優(yōu)化系統(tǒng)，已于2009年9月建成并試運(yùn)行。智能優(yōu)化系統(tǒng)有效提高了生產(chǎn)計(jì)劃管理工作效率，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)管理效益的提升，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）通過(guò)智能優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)停電計(jì)劃的優(yōu)化，減少了設(shè)備的停電時(shí)間和次數(shù)，減少停電時(shí)戶(hù)數(shù)，增加銷(xiāo)售電量，提高供電可靠率。

（2）通過(guò)智能優(yōu)化系統(tǒng)的輔助決策，提高了計(jì)劃編制的效率。通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，部門(mén)間人工溝通協(xié)調(diào)量減少，計(jì)劃協(xié)調(diào)工作更為順暢，從而提高了生產(chǎn)計(jì)劃管理工作效率。

（3）通過(guò)智能優(yōu)化系統(tǒng)的智能分析、自動(dòng)提醒等功能，使計(jì)劃編制更準(zhǔn)確、無(wú)遺漏，提高了計(jì)劃科學(xué)合理性和可執(zhí)行性，保證了計(jì)劃的剛性執(zhí)行。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)劃執(zhí)行的整體跟蹤與掌握，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理，降低了潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高精益化管理水平。

（4）通過(guò)智能優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的優(yōu)化，保證了供電企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的有序進(jìn)行，保證了多任務(wù)的有效結(jié)合和多資源的合理利用，提高了生產(chǎn)管理水平，最終提高客戶(hù)滿意度，提升企業(yè)服務(wù)形象。

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